探讨全球能源互联网构建理念及前景

胡学鹏+赵荣+娄南

摘要本文总结了化石能源面临的挑战和世界能源转型方向，分析了清洁能源风能和太阳能的现状和未来，探讨了全球能源互联网构建理由、组成和行动愿景，展望了全球能源互联网给人类未来带来的新生活。

关键词能源转型；风能；太阳能；全球能源互联网；可持续发展

1世界能源转型方向

1.1化石能源问题

目前全球主导能源为煤炭、石油、天然气等化石能源，长期大规模开发使用，面临三大严重挑战。首先是资源紧张。目前煤炭探明储量可开采113年，石油探明储量可开采53年，天然气探明储量可开采55年。然后是环境污染。化石能源燃烧每年排放氮氧化物1亿t，二氧化硫1.2亿t，二氧化碳320亿t，严重污染环境，给人类健康带来巨大伤害。如雾霾和酸雨让每个人深受其苦。第三是气候变化。气候变暖的主要原因是化石能源大量排放碳，全球自工业化以来地表平均温升超过1℃，照此速度本世纪末将达到4℃，导致冰川融化、海面上升、物种灭绝、粮食减产。如果化石能源继续为主导能源，将严重威胁人类生存，像伦敦、上海等城市都将被海水淹没。

1.2世界能源转型方向

为了应对能源和环境挑战，能源变革势在必行，世界能源转型方向是清洁化、全球化、智能化。清洁化，就是走绿色低碳发展道路，转变能源发展方式，加快用清洁能源替代化石能源的步伐，尽快让清洁能源成为主导能源。全球太阳能资源最大，超过100万亿kw，陆地风能资源也十分巨大，超过1万亿kw，还有水能资源达100亿kw。只需把全球清洁能源资源万分之五开发转化为电能，就完全可以满足全球能源需求，清洁主导、电为中心是能源发展的必然趋势。预计到2050年全球清洁能源消费占比达总能源的80%。

全球化，就是立足于能源全球配置和全球共享，推动跨国、跨洲能源基础设施互联互通，构建安全、低碳、高效、先进的现代能源供应体系。智能化，就是基于大数据、云计算、互联网等先进信息技术的推广应用，全面提高现代能源系统的经济性、适应性和灵活性，构建智慧能源系统。

2风能

2.1风能

风能是空气流动产生的动能。太阳辐射造成地球表面各部分受热不均匀，引起空气沿水平方向运动形成风。风能是可再生的清洁能源，储量大、分布广，能量密度低，不稳定。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数，全球风能资源为每年2000万亿kw·h。北极及周围区域风能资源技术可开发量达到每年300万亿kw·h，占全球风能资源的20%左右，在全球居首位，各洲近海地区、非洲东部、欧洲北部、北美中部、亚洲中部和北部风能資源都非常丰富。

2.2风电

风力发电是风能最主要利用形式。风电技术突飞猛进，开发成本快速下降，风电最大单机容量己达8MW。风电装机容量快速增长，2015年全球风电装机累计达到4.4亿kw，中国风电达到1.3亿kw，成为全球风电规模最大国家。智慧风机，应用工业互联网技术调整风机速度、扭矩、间距等参数，最大限度提高风机出力和效率，让风电场实现实时自我调节，达到最佳运行状态。随着技术进步，风电竞争力有望在2025年前超过火电。预计到2050年全球风电发电量将达到22万亿kw·h，占总电量的31%。

3太阳能

3.1太阳能

太阳能是太阳的热辐射能，是世界上资源量最大的清洁能源。全球太阳能资源为每年150000万亿kw·h。赤道周围区域的太阳能资源十分丰富，仅陆地达到每年1000万亿kw·h的技术可开发量，占到全球总量的30%左右。中东、大洋洲、中南美洲、东非、北非太阳能资源量都很大。太阳能利用有光热转换和光电转换两种方式。

3.2太阳能发电

太阳能发电是目前发展最快的能源。光热转换，利用太阳辐射所产生热能发电，光热电站转换效率平均为14%左右。光电转换，利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，光伏组件转换效率平均为16.5%左右。澳大利亚新南威尔士大学太阳能研究人员，已经将太阳能转化为电能的效率提高到40%以上。随着技术进步，太阳能发电竞争力有望在2025年前超过化石能源。2015年全球太阳能发电装机达到2.4亿kw，中国太阳能发电达到4200万kw，成为全球太阳能发电规模最大的国家。预计到2050年全球太阳能发电量将达到26万亿kW·h，占总电量的35%。

4全球能源互联网

4.1构建全球能源互联网的原因

清沽能源将代替化石能源，清洁能源分布不平衡，水能、风能、太阳能资源大的地区，与负荷中心有几百至几千公里，相距很远，只能将这些清洁能源就地转化为电能，然后由特高压输电送到负荷中心才能使用。“一极一道”（北极和赤道）清洁能源开发对全人类十分重要，北极风能资源，赤道太阳能资源，极为风富且优质，北极风电利用小时数达到火电水平，赤道太阳能可以达到3000多小时。只有构建全球能源优化配置平台，即全球能源互联网，才有可能大规模开发利用全球大的清洁能源资源。

风能、太阳能等清洁能源具有随机性、间歇性，只有形成大电网，让能源大范围汇聚，水电、火电、风电和太阳能电等互补，才能形成足够的稳定性和平衡性，保证电力稳定供应。如果电网只有风电，时有时无，时大时小，则无法保证对电力用户的正常供电。全球各地区、国家，分别处于不同的时区，不同的季节，实现各地区电能资源互济供应，可提高发电机组利用效率。通过清洁能源全球配置，也有利于将经济不发达地区资源优势转化为经济优势，促进区域经济协调发展。

4.2全球能源互联网组成

全球能源互联网就是全球互联的大电网。电能是零排放，是最清洁高效的能源，电为中心是能源发展的大趋势，各种清洁能源都可以转化为电能，通过全球能源互联网送到千家万户。全球能源互联网是一个由跨洲电网、跨国电网、国家泛在智能电网组成，各层级电网（输电网、配电网）协调发展的有机整体，是以特高压电网为骨干网架、以输送清洁能源为主导、全球互联泛在的坚强智能电网。

特高压电网是关键。全球能源互联网依靠1000kV及以上交流和正负800kV及以上直流的骨干网架，形成跨国、跨洲和洲际联网通道，将“一极一道”和各国、各洲大型清洁能源基地的清洁能源转化为电能，送至负荷中心。中国自主创新的特高压技术先进成熟，工程实践经验丰富，为全球能源互联网远距离、大规模配置清洁能源提供了现实可行的解决方案和技术保障。正负1100kV特高压直流，输电容量为1500万kw，输电距离达到5000km。全世界所有的清洁能源基地与负荷中心的距离，都没有超过特高压电网的输送范围。

智能电网是基础。智能电网集成了先进输电、智能控制、新能源接入、新型储能等现代智能技术，有很强的适用性和灵活性，可以满足集中式清洁能源和分布式清洁能源的接入，智能设备即插即用和互动服务等需求。智能电网技术创新提升了电力系统运行的安全性、适应性、经济性和主动性，使得电网在设备监控、系统运行、智能互动、通信信息方面高度智能化。智能电网技术在各国电网的应用和发展，为具有随机性和间歇性特征的风电、太阳能發电等清洁能源的发展提供了切实保障，将有力推动清洁能源大规模开发使用。清洁能源是根本。北极风电和赤道太阳能发电，各国各洲的集中式或分布式清洁能源发电，是未来全球能源互联网输送的主导能源。未来要进一步提高风力发电、太阳能发电技术水平，提高大规模风电调度技术水平，提高大规模光伏发电并网运行技术水平，提高新能源发电功率预测和运行监测水平，以及提高储能系统运行技术水平，加快清洁能源的开发和使用。

4.3构建全球能源互联网行动和计划

构建全球能源互联网是能源电力领域一场根本性革命，对全球电力行业既是重大挑战，也是难得机遇。

2015年9月26日，中国国家主席习近平在联合国发展峰会上提出，倡议探讨构建全球能源互联网，推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求。习主席的倡议彰显了创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，为全球走向可持续发展道路指明了方向，是中国为国际社会贡献的“中国方案”。2016年3月全球能源互联网发展合作组织在北京成立，在中国国家电网公司等会员单位支持下，积极开展理念传播、国际合作、战略研究，共同推动能源技术创新，建立联合攻关机制，努力在特高压、智能电网、大电网安全、新能源开发、新材料应用等关键领域取得重大成果，加快重大创新成果转化为国际标准，推动全球能源互联网发展。构建全球能源互联网，分为国内互联、洲内互联、洲际互联3个阶段，到2050年基本建成全球能源互联网。

5人类生活新变化

5.1新一轮产业革命

以新能源、智能电网、大规模现代储能技术、电动汽车为代表的能源领域革命，将催生新一轮产业革命。作为21世纪能源领域的重大创新，全球能源互联网将带动新能源、智能设备、新材料、电动汽车和新一代信息产业大发展，成为这一轮产业革命的重要推动力量。

5.2可持续发展

全球能源互联网，将推动世界能源格局走向以清洁能源为主导、以电为中心，资源全球优化配置的新时代。全球能源互联网具有大范围、规模性、经济性优点，能整体优化、实时调整清洁能源的生产、输送和分配，提高开发利用效率，为人类经济社会发展提供持续强劲动力。人人享有可持续能源，以清洁和绿色方式满足全球电力需求，人类进入可持续发展新时代。

5.3生态文明

全球能源互联网深刻影响人类生产生活方式。全球能源互联网使能源的清洁、永续问题得到解决，气候正常、环境友好、生态和谐、经济繁荣、社会发展和谐友好。人的发展质量、社会管理效率和自然环境水平大幅提升，创造人类社会美好新生活。

5.4和平和谐

全球能源互联网，是聚合人类共同利益的平台。与以往因石油而导致战争不同，清洁能源取之不尽、用之不竭，全球能源互联网不仅改变了能源发展方式，还通过南北合作、南南合作，让落后地区的资源优势转化为经济优势，消除了各国之间的矛盾和战争，改变了世界地缘政治格局，让世界成为一个能源充足、和平和谐的“地球村”，开启世界文明新篇章。

5.5智慧生活

全球能源互联网是未来生产生活不可或缺的社会公共平台，与物联网、互联网深度融合，为各行各业、千家万户用户提供能源、电力、信息等综合服务，满足用户多样化、高品质、智能化的服务需求，推动生产生活方式改变，全球能源互联网是智慧城市不可替代的公共服务枢纽。

未来你将会受益于赤道的阳光北极的风。这样的场景并非是幻想。傍晚7点，当你下班回到家，提前10min开启的空调使房间凉爽舒适，家庭用能控制中心显示屏上，电力作为不断变化价格的新型商品，北极的风电、北美洲的风电、欧洲的风电、及其它电能价格，都会自动映入你眼帘，并且系统会自动为你选择非洲太阳能电，因为非洲正是中午，阳光充足，价格便宜。到了晚上10点，系统会自动购买晚间低谷电给楼下的电动汽车进行充电。

未来，人类生产生活的方方面面都会与全球能源互联网密切相关。自然界的清洁能源，包括奔腾的流水、呼啸的大风、普照的阳光、涌动的海潮，都会转化成电能，让人们通过全球能源互联网分享清洁绿色电能，如同在互联网上分享信息一样，便捷地享受新能源带来的文明成果。地球村的天会更蓝，人类生活将更加美好。